Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Методи високошвидкісної передачі даних у радіомережах GSM і CDMA.
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Не вказано
Кафедра:
Кафедра Телекомунікацій
Інформація про роботу
Рік:
2005
Тип роботи:
Курсова робота
Предмет:
Мобільні радіомережі
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
Національний університет «Львівська політехніка»
Кафедра телекомунікацій
Курсова робота
з предмету “Мобільні радіомережі”
на тему: “Методи високошвидкісної передачі даних у радіомережах GSM і CDMA”.
Львів 2005
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
1
КУРСОВА РОБОТА
Розроб.
Дзігоєв В. Р.
Перевір.
Климаш М. М.
Т. Контр.
Н. Контр.
Затверд.
Методи високошвидкісної передачі даних в радіо мережах GSM і CDMA.
Літ.
Аркушів
54
НУ “ЛП”, ІТРЕ, ІМЗ-52
Реценз.
Маса
Масштаб
Номер залікової книжки: 0004030
1
1 : 1
Зміст
Короткий огляд основних технологій високошвидкісного доступу в радіомережах GSM і CDMA.
Радіослужба пакетної передачі GPRS.
Технологія EDGE і EGPRS.
Технологія HSCSD.
Високошвидкісна передача даних в CDMA.
Висновки - порівняння високошвидкісних технологій в GSM і CDMA.
Використана література.
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
3
Методи високошвидкісної передачі даних GSM і CDMA.
1. Короткий огляд основних технологій високошвидкісного доступу в радіомережах GSM і CDMA.
Друге покоління (2G) мобільних коміркових систем використовує цифрову передачу. Тому, гранична лінія між системами першого і другого поколінь очевидна: Це - аналогове/цифрове. 2G - мережі мають набагато вищу місткість, ніж системи першої генерації. Одна частота каналу одночасно ділиться серед кількох користувачів (кодове або часове розділення). Ієрархічна структура комірок, в якій область покриття утворюється макро-, мікро- і пікокомірками набагато збільшила ємність системи. Є чотири головні стандарти для 2G систем: Глобальна система мобільного зв’зку - GSM і її похідні ; цифровий AMPS (D-AMPS); множинний доступ з кодовим розділенням (CDMA) IS-95; і персональний цифровий комірковий зв’язок (PDC).
Покоління 2.5 включає всі удосконалення для мереж 2-го покоління. Ці удосконалення можуть в значній мірі забезпечити майже такі ж можливості, як і плановані мережі третього покоління. Границя між мережами другого і третього поколінь досить нечітка. Важко сказати в технічному сенсі, коли мережа 2G перетворюється на 2.5G. Взагалі система 2.5 GSM включає щонайменше одну з прелічених технологій: високошвідкісна передача даних з комутацією каналів HSCSD, загальна пакетна радіослужба GPRS, а також технологія EDGE. Система IS-136 вважається технологією 2.5 із застосуванням технології GPRS або EDGE. IS–95 – система вважається технологією 2.5, коли вона використовує модернізовану версію IS – 95B, або CDMA2000 1xRTT.
Найбільша проблема звичайного GSM заключається в низьких швидкостях передачі в радіоінтерфейсі. Базова GSM може забезпечити лише 9.6 кбіт/сек. Пізніше була стандартизована швидкість 14.4 кбіт/сек, хоча цей варіант не знайшов широкого застосування. Проглядання веб-сторінок з такою швидкістю стає просто неможливим.
Технологія HSCSD – це найпростіший шлях, щоб підвищити швидкість. Це означає, що замість одного тайм-слоту мобільна станція може використовувати декілька для передачі даних. На даний момент в комерційних реалізаціях зазвичай використовують чотири тайм-слоти. Один тайм-слот може переносити 9.6 кбіт/с або 14.4 кбіт/с. Сумарна швидкість = це просто добуток швидкості одного тайм-слоту на число тайм-слотів, що використовують. Це відносно дешевий спосіб підвищити швидкість передачі, оскільки він вимагає тільки заміни програмного забезпечення мережі (+ звичайно телефони, в яких буде технологія HSCSD), але він має свої недоліки. Найбільша проблема – це використання обмежених радіоресурсів. Оскільки технологія з комутацією каналів, то зайняті тайм-слоти використовуються постійно, навіть коли нічого не передається. З другого боку ця особливість робить HSCSD такою, що найбільш підходить для застосувань реального часу, які вимагають тільки незначних затримок. Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
4
Методи високошвидкісної передачі даних GSM і CDMA
Абоненти мобільних станцій з широкими можливостями будуть найбільш імовірними користувачами HSCSD, зазвичай застосовуватимуть ці нові послуги на територіях, де мережі уже і так перевантажені. Додавання HSCSD-можливостей до цих мереж точно не покращить ситуацію. Іншою проблемою для HSCSD є те, що виробники мобільних станцій не дуже зацікавлені до впровадження цієї технології. Більшість з них планують одразу впроваджувати GPRS в своїх телефонах, хоча HSCSD і GPRS насправді принципово різні технології. Система GPRS не може робити всіх речей, які HSCSD може зробити. Наприклад, GPRS слабо пристосований для послуг реального масштабу часу. Може скластись враження, що HSCSD буде тільки тимчасовим рішенням для потреб передачі даних. Технологія використовуватиметься в тих мережах, де є вже високі потреби на високошвидкісну передачу даних і що-небудь потрібне, щоб полегшити ситуацію і утримувати абонентів “щасливими”, доки вони чекають на впровадження 3G.
Наступне рішення - це GPRS. З цією технологією, швидкості передачі даних можуть підскочити аж до 115 Kbps, або навіть вище, якщо не враховувати виправлення помилок. Проте, з відповідним захистом даних, широко розрекламована швидкість 115 Kbps - це теоретичний максимум при оптимальних умовах (по рівню завад) з вісьма тайм-слотами на прийом. Реальне значення для продуктивності в "середніх" умовах - це 10 Kbps на тайм-слот. Що навіть більш важливе, ніж збільшена продуктивність - це те, що GPRS - пакетно-комутована технологія, і тому радіо-ресурси заняті не безперервно, але тільки тоді, коли є які-небудь дані, для відправки. Максимальна теоретична швидкість передачі даних досягається, коли 8 тайм-слотів використовуються безперервно. Перші комерційні впровадження для GPRS мали місце в 2001. GPRS особливо підходить для застосувань реального масштабу часу, як наприклад електронна пошта і робота в Internet. Також GPRS добре справляється з пульсуючим трафіком, оскільки ресурси використовуються лише у відповідності до поточних потреб. Це не добре для застосувань реального масштабу часу, оскільки розподіл ресурсів в GPRS заснований на змаганнях за доступ, тому це не може гарантувати абсолютну максимальну затримку. Виконання системи GPRS набагато дорожче, ніж системи HSCSD. Мережі потребують нових компонент також як і модифікацій для існуючих. Проте, GPRS бачиться як необхідний крок у напрямі кращих можливостей передачі даних. Мережа GSM без GPRS не витримає довго в майбутньому, оскільки трафік даних все більш і більш використовується замість голосового. Для тих операторів, які також працюватимуть з 3G-мережами в майбутньому, система GPRS - це важливий крок у напрямі до 3G системи, оскільки базові мережі 3GPP засновані на об'єднаних мережах GSM і GPRS.
Третя 2.5G модернізація до GSM - це EDGE. Спочатку цей акронім розшифровувався як Збільшені швидкості передачі даних для GSM-еволюції, але зараз це переводять як Збільшені швидкості передачі даних для Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
5
Методи високошвидкісної передачі даних GSM і CDMA
глобальної еволюції, оскільки ідея може також використовуватися в системах, відмінних від GSM. Ідея полягає в використанні нового методу модуляції - фазова маніпуляція з вісьма значеннями фази(8PSK). Це утричі збільшує швидкості передачі даних стандартного GSM. EDGE - це перспективне оновлення для мереж GSM, оскільки воно тільки вимагає заміни програмного забезпечення базових станцій і радіо підсилювачів, які можуть працювати з змінною згорточною модуляцією з відносно високим відношенням потужності сигналу max/min для технології EDGE. Вона не замінює, але швидше співіснує із старою модуляцією (GMSK), так що користувачі можуть продовжувати використовувати свої старі телефони, якщо не потрібна негайно краща якість послуг, забезпечена вищими швидкостями передачі даних технології EDGE. Також необхідно використовувати стару схему модуляції GMSK, тому що 8PSK може тільки використовуватися ефективно на коротких дистанціях. Для широкого покриття області, GMSK все ще потрібен. Якщо EDGE використовується з GPRS, то комбінація відома як покращений GPRS (EGPRS). Максимальна швидкість передачі даних EGPRS що використовує 8 тайм-слотів (і відповідний захист від помилок)- це 384 Kbps. Відзначтимо, що розрекламована швидкість 384 Kbps досягається тільки при використанні всіх радіоресурсів частотного носія, і навіть тільки тоді, коли мобільна станція близька до базової станції. ECSD - це комбінація технологій EDGE і HSCSD і це також забезпечує швидкості передачі даних утричі більші стандартного HSCSD. Комбінація цих трьох методів забезпечує потужну систему, і можуть добре позмагатись з ранніми 3G мережами.
IS-95 (CDMA) стандарт зараз забезпечує швидкості передачі 14.4-Kbps даних. Він може бути оновленим стандартом IS-95B, який може переносити 64 Kbps із застосуванням багатьох кодових каналів. Проте, багато операторів вирішили прямо перейти до використання системи CDMA2000 1xRTT. 1xRTT один з декількох видів методів радіодоступу, що входять в ранній стандарт CDMA2000. Американська версія 3G, CDMA2000, - це у деякій мірі тільки модернізація системи IS-95, хоча досить значна. Радіоінтерфейси IS-95 і CDMA2000 можуть співіснувати, так що в цьому сенсі перехід до 3G буде абсолютно плавним для спільноти IS-95. Є декілька фаз еволюції в мережах CDMA2000, і перша фаза, CDMA2000 1xRTT широко вважається все ще системою 2.5G.
Qualcomm має свій власний високошвидкісний стандарт (HDR) передачі даних для використання в мережах IS-95. Він забезпечує швидкість передачі даних 2.4-Mbps. Cтандарти для HDR зформулоьвані у IS-856. Термін 1xEV-DO використовується при посиланні на неприватну форму цього модернізованого радіоінтерфейсу CDMA. 1xEV-DO додтково використовує TDMA над CDMA, щоб підтримувати надзвичайно асиметричні високошвидкісні застосування. IS-95 система входить в повну систему CDMA2000 зі всіма проміжними фазами.
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
6
Методи високошвидкісної передачі даних GSM і CDMA
Шляхи еволюції до 3G.
На малюнку зображено декілька можливих шляхів еволюції в 3G-систему. Навіть враховуючи той факт, що зараз є декілька сумісних систем IMT-2000, скоріше за все, що зрештою тільки двоє з них залишаться. WCDMA (IMT-DS), або UTRAN, - це одна найголовніша система, і CDMA2000 (IMT-MC) також здобуде деяку частину на ринку, але другорядну. Не буде ніяких систем (UWC-136) IMT-SC, оскільки UWCC ухвалив рішення приєднатися до табору WCDMA.
Шляхи еволюції до систем третього покоління(3G).
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
7
Методи високошвидкісної передачі даних GSM і CDMA
2. Радіослужба пакетної передачі GPRS.
Загальна характеристика технології GPRS
Для високошвидкісної передачі даних за допомогою існуючих GSM-мереж була запропонована технологія GPRS (General Packet Radio Service) - служба пакетної передачі по радіоканалу. Технологія GPRS використовує існуючий в GSM радіоінтерфейс на основі ТDМА для високошвидкісної передачі даних і є проміжним етапом при переході до систем третього покоління. Системи, що підтримують технологію GPRS одержали назву 2G+. Базові специфікації GPRS були прийняті ETSI в 1998 р., як стандартна технологія GSM 2+, що реалізовує пакетну радіопередачу даних. В даний час передача даних по GSM-каналам організована таким чином: абоненту виділяється окремий канал, що використовується системою для передачі голосу за допомогою модему, вбудованого в мобільний термінал, відбувається передача даних через цей канал, при цьому в проміжках між передачею даних канал залишається зайнятим! GPRS - це система, яка реалізує і підтримує протокол пакетної передачі стандарту GSM. При використанні системи GPRS інформація збирається в пакети і через невживані в даний момент голосові канали, які завжди є в проміжках між розмовами абонентів, передається в ефір. Використання відразу декількох голосових каналів забезпечує високі швидкості передачі даних. При цьому етап встановлення з’єднання займає декілька секунд. Таким чином ресурси мережі використовуються ефективніше.
Основні вузли, що реалізовують технологію GPRS, містять бази даних абонентів служби GPRS; у них відбувається активізація спеціального програмного забезпечення. Для GPRS розроблені специфічні інтерфейси, що забезпечують проходження трафіку і сигналізації в пакетному режимі, взаємодія тракту GPRS з елементами підсистеми комутації MSC/VLRnHLR звичайної GSM з комутованими каналами, а також надання інформації про надані послуги для біллінга абонентів. В результаті абонент може приймати як телефонний трафік, так і дані в пакетному режимі. Створення міжмережевих з’єднань забезпечує глобальний роумінг абонентів GPRS, можливість підключення до локальних мереж незалежно від місцезнаходження абонента.
Підсистема GPRS представляє структуру, що працює паралельно підсистемі комутаціі класичної GSM. Роль MSC/VLR в пакетній мережі мобільного зв’язку виконує так званий сервісний вузол підтримки GPRS - SGSN (Serving GPRS Support Node). Шлюзи з пакетними мережами передачі даних називають вузлами GGSN (Gateway GPRS Support Node). Підсистема базової станції BSS доповнюється блоком управління пакетами PCU (Packet Controller Unit).
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
7
GPRS транспортує пакети між мобільними пристроями і мережами пакетної передачі. Пакети можуть бути формату IP або Х.25. Пакети IP із зовнішніх мереж зможуть досягати мобільних пристроїв, навіть якщо ті знаходяться в русі. Для GPRS не має значення, які протоколи працюють поверх IP; таким чином, використовувати можна будь-які стандартні протоколи Інтернету, зокрема TCP, UDP, HTTP, SSL (Secure Sockets Layer) і IPSec.
Абонент і відповідно MS в GPRS виступають як користувачі зовнішньої мережі передачі даних. У цій мережі абоненту привласнюють статичний (постійний) або динамічний IP-адрес, по якому йде обмін інформаційними пакетами. MS містить додаткове програмне забезпечення для підключення до мобільної мережі і обслуговування в ній.Таким чином, пакетна передача даних в мережі GSM організовується на двох рівнях:
модифікуються радіоканали GSM: у апаратному і програмному
забезпеченні базових станцій і контроллері BSC вводяться нові режими, модифікується програмне забезпечення MSC і HLR;
в структурі мережі GSM з’являються нові вузли пакетної комутації - PCU, SGSN і GGSN і декілька нових інтерфейсів для підтримки функцій GPRS. Ці вузли мають вбудовану IP-функціональность, яка дозволяє їм взаємодіяти з IP-маршрутизаторами.
У початковій фазі впровадження GPRS передбачається, що трафік GPRS складає відносно малу частку загального мережевого трафіку. Тому оператори можуть використовувати існуючу топологію сот і їх радіопараметри. Із зростанням трафіку GPRS і об’єму послуг пакетної передачі, межі сот і їх інші параметри повинні бути змінені.
Канали пакетної передачі GPRS можуть бути зконфігуровані в діючих трансіверах TRX двояким чином: а) у режимі сумісного використання із звичним трафіком GSM; б) у виділеному режимі використання тільки для трафіку GPRS. Природно для GPRS можуть бути встановлені також нові блоки TRX і свої окремі робочі частоти.
Мережева інфраструктура GPRS може поступово і органічно додаватися до існуючих мережевих елементів GSM. Таким чином, на основі розвитку GPRS оператори GSМ можуть паралельно вирішувати дві важливі взаємозв’язані задачі : а) еволюційно перебудовувати мережну інфраструктуру, впроваджувати високошвидкісні радіоканали і режими зв’язку, що відповідають вимогам UMTS;
б) поступово будувати нову мережну інфраструктуру, що відповідає стандартам Mobile IP і новим IP застосуванням.
Необхідно відзначити, що окрім підвищення швидкості (теоретичний максимум складає 171,2 кбит/с при всіх зайнятих слотах), в рамках даної
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
8
Методи високошвидкісної передачі даних GSM і CDMA
радіослужби передбачається інша схема оплати послуги передачі даних - при використанні GPRS розрахунки ведуться пропорційно об’єму переданої інформації, а не часу, проведеному online. До того ж, введення технології GPRS сприяє раціональному розподілу і використанню радіочастотного канального ресурсу: пакети даних різних користувачів передаються одночасно по багатьох каналах в паузах між передачею мови Голосовий трафік має безумовний пріоритет перед даними, таким чином швидкість передачі інформації визначається не тільки можливостями мережевого і абонентного устаткування, але і завантаженням мережі.
Один і той же фізичний канал в напрямі від ВТS до МS надається групі абонентів і пакети передаються у міру їх надходження, залежно від об’єму інформації і пріоритету абонентів. Кожен пакет містить ідентифікатор або адресу, яку використовують при його доставці. Абонент постійно підключений до пакетної мережі, де йому наданий віртуальний канал, який стає реальним (фізичним) радіоканалом на час передачі пакету. У решту часу цей фізичний канал використовують для передачі пакетів інших користувачів.
Оскільки один і той же канальний ресурс використовують декілька абонентів, а під час сеансу зв’язку можуть одночасно поступати пакети різних користувачів, можливе виникнення черги на передачу пакетів, що викликає затримку зв’язку. Допустима величина затримки - одна з характеристик, що визначає якість обслуговування абонента. Для GPRS характерне гнучке управління послугами, що надаються. Абоненти можуть одержувати різну якість послуг QoS (Quality of Service) з відповідною градацією оплати.
GPRS дозволяє ввести принципово нові послуги, які раніше не були доступні. Перш за все, це мобільний доступ до ресурсів Інтернету із задовольняючою споживача швидкістю, оперативним з’єднанням і з гнучкою системою тарифікації послуг, що вводяться.
Технологія GPRS дозволить швидко передавати і одержувати великі об’єми даних, відеозображення, музичні файли стандарту МР-3 і іншу мультимедійну інформацію. На базі GPRS одержують новий розвиток WAP послуги.
Для корпоративних користувачів система GPRS може послужити зручним інструментом для забезпечення безпечного і швидкого доступу співробітників до корпоративних мереж підприємств, до поштових, інформаційних серверів, віддалених баз даних. При цьому з’явиться можливість діставати доступ до корпоративних мереж, навіть якщо абонент знаходиться в мережі іншого GSM оператора, з яким організований GPRS-роуминг.
GPRS - це набір нових GSM послуг, що використовують пакетний режим передачі усередині PLMN і забезпечують міжмережевий обмін з іншими Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
9
Методи високошвидкісної передачі даних GSM і CDMA
мережами. GPRS надає абонентам можливість передавати і приймати дані в режимі «-» без використання мережевих ресурсів в режимі комутації каналів.
Це забезпечується за рахунок можливостей встановлення з’єднання по мережі з комутацією каналів з функціональністю високошвидкісної пакетної передачі даних з IP-адресацией, що дозволяє дістати доступ до інформаційних мереж по каналах Інтернет. Як відомо, існуючі мережі мобільного зв’язку другого покоління накладають ряд технічних обмежень, які повинні бути подолані для того, щоб задіювати застосування Інтернету: швидкість передачі 9,6 кбит/с недостатня для задовільного доступу в Інтернет; тривалий час встановлення з’єднання; коли якість передачі через радіоінтерфейс падає нижче певного порогового значення, абонент одержує непридатні фрагменти замість повних файлів.
Через ці обставини передача даних по існуючій мережі мобільного зв’язку з комутацією каналів виявляється ненадійною і дорогою, унаслідок чого були розроблені нові стандарти, націлені на рішення перерахованих проблем. В основу був положений принцип відділення трафіку даних від голосового в точці мережі, розташованої якомога ближче до абонента, з тим, щоб не завантажувати трафіком даних ресурси комутації каналів. Після відділення трафік даних маршрутизується як для абонентів мереж GSM, так і для зовнішніх мереж передачі даних (PDN) по внутрішній мережі передачі даних.
Використання пакетного принципу передачі інформації дозволяє ефективніше задіяти доступну пропускну здатність у разі нерегулярного трафіку при передачі даних і розділяти її між декількома абонентами. У разі GPRS-з’єднання може залишатися відкритим необмежено довго, тобто абонент має постійне з’єднання для отримання і передачі файлів.
Технологія GPRS базується на принципах TDMA, дозволяє працювати мобільним станціям в багатослотовому режимі по радіоінтерфейсу на одній несучій в рамках одного TDMA-кадра. Це дозволяє збільшити швидкість передачі в число раз, пропорційне кількості задіяних канальних інтервалів. Число тайм-слотів, що виділяються під передачу інформації, в TDMA-кадрі може змінюватися від 1 до 8. Причому значення має число тайм-слотів як для передачі «вгору», так і для передачі «вниз». Тому в GPRS-специфікаціях з’явився другий клас, що визначає, скільки тайм-слотів в кадрі доступно для передачі «вгору», а скільки «вниз».
Ресурси каналу надаються на вимогу, при якому фізичні канали соти призначаються динамічно для використання в режимі комутації каналів і комутації пакетів.
Один і той же фізичний канал радіоінтерфейсу або групу до восьми фізичних каналів одночасно можуть використовувати до 32-х різних абонентів. В цьому випадку робота абонентів відбувається по черзі з регламентованою затримкою очікування на одних і тих же частотах в одних і тих же канальних інтервалах.
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
PAGE \* LOWER 10
Методи високошвидкісної передачі даних GSM і CDMA
При цьому абонент займає ефір, тільки коли він дійсно передає інформацію, а не весь час, як у разі телефонного сервісу з комутацією
каналів. Це дає можливість ввести нову систему оплати - не за час з’єднання, а за переданий об’єм інформації. Трафік даних інкапсулюється в короткі пакети. Пакети різних користувачів по алгоритму статистичного мультиплексування перемішуються і виділення необхідної смуги пропускання відбувається при необхідності передачі. В результаті додавання технології GPRS до мережі GSM дає два основні результати: пакетізацію радіоінтерфейсу і впровадження базової інфраструктури з комутацією пакетів, що забезпечує передачу трафіку у вигляді IP-пакетів мобільному абоненту.
Мобільний доступ в Internet на базі GPRS
Останніми роками технологія Internet виділилася як головна рушійна сила нових розробок у області телекомунікаційних мереж. Об’єм пакетного трафіку даних стрімко зростає, при цьому мережеві оператори все більш адаптують свої стратегії і плани до переходу до мультисервісним мереж зв’язку на основі IP-протокола. Очевидно, що в майбутньому Internet все більше і більше використовуватиметься в нашому повсякденному житті.
Стрімке зростання Internet і успішне впровадження нових технологій в мобільних мережах зв’язку спричиняє попит на мобільний доступ до Internet-застосувань. GPRS може бути описаний як служба, що забезпечує оптимізований доступ до Internet при використанні в значній мірі існуючої інфраструктури GSM.
Принцип комутації пакетів використовується у всій мережі GPRS. По суті, мережа GPRS - це з’єднання наперед відомих вузлів GPRS в наземній мобільній мережі загального користування (PLMN), засноване на IP-протоколі і маршрутизації, як в середовищі Інтернет. По бездротовому інтерфейсу ресурси надаються рухомим абонентам тільки тимчасово на основі процедури реr-расket. На відміну від комутації каналів в GSM, де тимчасові інтервали призначаються одному користувачу на повний час з’єднання, в GPRS ресурси радіоканалу надаються тільки на час передачі одного або декількох IP-пакетов.
По суті, GPRS - це пакетна система передачі даних, що функціонує аналогічно з Internet. Весь потік даних відправника розбивається на окремі пакети і потім доставляється одержувачу, де відбувається збірка пакетів. При цьому зовсім необов’язково, що всі пакети підуть одним маршрутом. При ініціалізації GPRS-сессіі кожному GPRS терміналу привласнюється своя унікальна адреса, що по аналогії з Internet «перетворює» кожен GPRS пристрій на окремий WEB-сервер. Протокол GPRS прозорий для TCP/IP, тому інтеграція GPRS мережі з Internet відбувається непомітно для кінцевого користувача.
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
PAGE \* LOWER 11
Методи високошвидкісної передачі даних GSM і CDMA
При передачі даних, крім високоефективних алгоритмів кодування, кожному терміналу автоматично виділяються невживані в даний момент часу тайм-слоти, що дозволяє оптимізувати завантаження мережі. Зрозуміло, така схема спричиняє за собою «плаваючі», залежно від кількості активних абонентів, швидкості передачі даних у конкретної БС. Частковим рішенням цієї проблеми є система пріоритетів голосових і GPRS з’єднань, яка створюється оператором стільникового зв’язку.
GPRS є достатньо гнучкою і розширюваною технологією, оскільки вона використовує базові механізми IP, що забезпечує потенційну можливість надбудови над GPRS нових протоколів IETF. Наприклад, однією з робочих груп IETF розробляється новий транспортний протокол для сигналізації - Call Processing Syntax (мова обробки викликів), дозволяючий користувачам і системним адміністраторам визначати свої скрипт-сценарії виклику послуг IP телефонії, які можуть реалізовуватися в мережевих шлюзах.
При використанні системи пакетної передачі абонент одержує і відправляє дані із змінною швидкістю, яка визначається умовами розповсюдження сигналу і наявністю вільних каналів в межах заданої соти. При цьому динамічне виділення каналів відбувається, виходячи з пріоритету голосових каналів, тобто система автоматично виділяє під пакетну передачу всі канали, не зайняті передачею голосу. Таким чином, реальна швидкість прийому і передачі багато в чому залежатиме від завантаженості голосових каналів в межах кожної конкретної соти.
Окрім розширення можливостей, заснованих на інтерфейсах системи сигналізації ОКС № 7, в GPRS визначені нові інтерфейси, засновані на протоколах IP, X.25 і FR.
GPRS передбачає безпосередню підтримку мережевих протоколів IP, X.25. Це означає, що традиційні застосування IP і Х.25 можуть працювати по мережах стільникового зв’язку, тобто стільникову мережу з сервісом GPRS стає можливим розглядати як бездротове продовження пакетних мереж IP або Х.25. При цьому GPRS реалізує в мережі GSM логічні канали, механізми встановлення/роз’єднання віртуальних каналів і протокольних послуг для підтримки транспортних протоколів мереж комутації пакетів TCP/IP і Х.25.
Одним із важливих і перспективних рішень в цій концепції еволюційного переходу від GPRS до мобільного Інтернету є розробка спеціального вузла IGSN (Internet GPRS Support Node) - вузла підтримки режимів Інтернету в мережі GPRS. Реалізація в середовищі GPRS базових IP-функцій і ряду спеціалізованих протоколів IETF дозволяє на загальній мережевій IP платформі вирішувати принципові задачі розвитку мереж GSM в частині підтримки в мережах GSM режимів зв’язку і послуг реального часу.
В даний час, як класичні протоколи GSM, так і протоколи GPRS не забезпечують гарантовану якість зв’язку QoS (час затримки, час реакції і ін.), що вимагається для режимів реального часу (real-time operations), наприклад,
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
PAGE \* LOWER 12
Методи високошвидкісної передачі даних GSM і CDMA
для інтерактивних інформаційних послуг або відеоконференцзв’язку. В зв’язку з цим на базі вдосконалених механізмів IP робочими групами IETF пропонуються наступні рішення:
протоколи RSVP, Intserv, DiffServ і інші методи оптимізації пакетного трафіку, що забезпечують високі і гарантовані параметри QoS;
нові механізми швидкого хендовера: буферизація абонентних даних у вузлі SGSN, методи адаптивної маршрутизації при перемиканні сот, реалізація хендовера в режимі мультизапитів мобільної станції на перемикання і т.п.
Важливо відзначити, що в мобільних IP мережах з’являється можливість використовувати технологічні досягнення фіксованого Інтернету. Технологія GPRS стає, таким чином, продуктивним середовищем перенесення IP механізмів реального часу в мобільні застосування.
Впровадження GPRS готує основу для поступового переходу мовного трафіку з комутацією каналів на базову мультипротокольну інфраструктуру мережі з комутацією пакетів, в рамках якої здійснюються міжмережеві з’єднання між будь-якими типами комутаторів MSC-SGSN. Створення мультисервисної базової інфраструктури дозволить здійснити конвергенцію GSM-трафика з часовим мультиплексуванням і GPRS/UMTS-трафіка даних в одній і тій же мультисервисній стільниковій мережі.
Таким чином, в рамках переходу до 3-го покоління мобільного зв’язку основним аспектом впровадження технології GPRS є надбання мережами GSM IP-функціональності для взаємодії з діючими мережами передачі даних і організації бездротових IP платформ.
Основні режими з’єднань пакетної передачі даних.
GPRS забезпечує передачу даних з пакетною комутацією, що особливо підходить для режимів мобільного зв’язку, де потрібне мінімальне використання радіоресурсів:
передача даних з низькою періодичністю у відносно випадкові моменти часу, де час між послідовними передачами сильно перевищує середню затримку передачі;
періодична або часта передача невеликих об’ємів даних, наприклад, транзакції об’ємом менше 500 байтів даних, що відбуваються з швидкістю до декількох транзакцій в хвилину;
відносно нечаста передача великих об’ємів даних, наприклад, транзакції об’ємом більше 500 байтів даних, що відбуваються з швидкістю до декількох транзакцій в хвилину.
У термінології мереж з пакетною комутацією (наприклад, IP або ATM мереж) розрізняються наступні режими передачі:
РТР (Point-To-Point services) - режим передачі «точка-точка»;
РТМ (Point-To-Multipoint services) - режим передачі «точка-многоточка»;
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
PAGE \* LOWER 13
Методи високошвидкісної передачі даних GSM і CDMA
PTP-СLNS (Point-To-Point Connectionless Networks Services) - режим передачі «точка-точка» без встановлення з’єднання;
РТР-CONS (Point-To-Point Connection Oriented Network Services) - режим передачі «точка-точка» зі встановленням з’єднання.
Усередині GPRS можливі режими передачі на базі «точка-точка» і «точка-многоточка». Послуги РТР забезпечують передачу одного або більш пакетів між двома користувачами. У GPRS існують дві основні РТР-услуги:
без встановлення з’єднання (PTP-CLNS);
орієнтовані на з’єднання (PTP-CONS).
Запит послуги від «запитувача послуги» можливий з фіксованої і мобільної точки доступу.
PTP-CLNS послуги, не орієнтовані на з’єднання, - це послуги, в яких один або більш окремих пакетів передаються від окремого абонента А до окремого абонента В. Кожний пакет не залежить від попереднього і подальшого пакетів. Цей сервіс є дейтаграмним і призначений для підтримки застосувань з пульсуючим трафіком.
У радіоінтерфейсі PTP-CLNS підтримує режим перенесення з підтвердженням для забезпечення надійної доставки. Зокрема, прикладом послуг, не орієнтованих на з’єднання, є застосування, засновані на IP протоколі.
РТР-CONS послуги, орієнтовані на з’єднання, - це послуги, в яких безліч зв’язаних пакетів передаються між абонентами і по встановленому віртуальному каналу. Цей сервіс забезпечує логічну залежність між абонентами, яка може тривати від секунд до годин. У радіоінтерфейсі РТР-CONS використовується режим перенесення з підтвердженням для забезпечення надійної доставки.
Для використання застосувань на базі протоколів IP (наприклад, з нижніми рівнями протоколу Х.25) потрібна реалізація режиму РТР-CONS. При цьому встановлюється логічне з’єднання (канал) між двома абонентами або сервером і абонентом. Логічний канал підтримується при переміщенні мобільного абонента між сотими однієї мережі GSM.
Грунтуючись на стандартних мережевих протоколах, підтримуваних основними послугами GPRS, оператор мережі GPRS може запропонувати набір додаткових послуг. Число можливих РТР інтерактивних послуг включає:
послуги на вимогу, які забезпечують можливості доступу до баз даних інформаційних центрів. Інформація передається абоненту тільки за запитом. Прикладом однієї такої послуги є Всесвітня павутина (WWW - World Wide Web);
поштові сервіси, які пропонують послуги зв’язку між індивідуальними абонентами через центри зберігання з поштовими скриньками і, можливо,
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
PAGE \* LOWER 14
Методи високошвидкісної передачі даних GSM і CDMA
функціями зберігання, перетворення, конвертації;
мовні послуги, які забезпечують двосторонній зв’язок між абонентами в реальному масштабі часу;
послуги телекерування (teleaction), які характеризуються низькими об’ємами передаваної інформації, наприклад, підтвердження кредитних карт, лотереї, облік комунальних послуг, системи управління і спостереження.
Можливі три типи служб GPRS на базі режимів «-багато» (широкомовний режим):
PTM-Multicast - передача пакетів даних всім абонентам в заданій географічній області, що запитали ці послуги;
PTM-Group Call - передача пакетів даних певній групі абонентів в заданій географічній області;
IP-Multicast - передача пакетів даних між абонентами IP-M групи; цими абонентами можуть бути «внутрішні» абоненти мобільної мережі або абоненти інших мереж, взаємоз’єднаним IP протоколом.
Послуги GPRS підрозділяються на послуги передачі і телепослуги.
Послуги передачі в GPRS забезпечують можливість передачі даних між точками доступу до мережі (точки 2,4 і 7 на мал.).
Абоненти можуть одержувати різні телекомунікаційні послуги в різних точках доступу, як показано на мал.
Точки доступу в мережу GPRS
GPRS підтримує телепослуги для забезпечення повних комунікаційних можливостей, що включають функції термінального обладнання, необхідні для зв’язку між абонентами мережі, використовуючих протоколи «користувач-користувач», підтримувані GPRS сервіс-провайдером.
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
PAGE \* LOWER 15
Методи високошвидкісної передачі даних GSM і CDMA
в точках доступу 1, 3, 5 і 6 (інтерфейс «користувач-термінал») доступні телепослуги;
у точці доступу 2 (точка R) можуть бути надані послуги передачі, що не входять в стандарти ISDN;
у точці доступу 4 (точка S) може бути наданий доступ до ISDN сумісних послуг передачі;
у точці доступу 7 може бути забезпечений доступ до послуг передачі зовнішньої мережі передачі даних;
точка доступу 8 забезпечує прямий доступ і послуги передачі зовнішніх мереж передачі даних, наприклад, мережі Х.25.
Узагальнена структура системи GPRS
Оскільки служба передачі даних GPRS надбудовується над існуючою мережею GSM, то не вимагається кардинальної модернізації існуючої мережної інфраструктури. Що ж до нових функціональних можливостей і зміни принципу сполучення із зовнішніми мережами, то по суті вони є розширенням існуючої мережі GSM. Стисло охарактеризуємо узагальнену структуру і функціональне призначення базових елементів мережі GPRS.
На структурному рівні систему GPRS можна розділити на 2 частини: підсистему базових станцій і опорну мережу GPRS (GPRS Core Network). У підсистему базових станцій входять всі контроллери і базові станції системи GSM, які підтримують пакетну передачу даних на програмному і апаратному рівні. Ядро мережі GPRS включає абсолютно нові мережеві елементи, призначені для обробки пакетів даних і забезпечення зв’язку з мережами передачі даних, в першу чергу, з мережею Інтернет.
Структурна схема системи GPRS.
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
PAGE \* LOWER 166
Методи високошвидкісної передачі даних GSM і CDMA
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
PAGE \* LOWER 17
Методи високошвидкісної передачі даних GSM і CDMA
Основним мережним елементом є пакетний комутатор SGSN (Serving GPRS Support Node) - сервісний вузол підтримки GPRS. Даний мережний елемент бере на себе всі функції обробки пакетної інформації і перетворення кадрів GSM у формати, що використовуються протоколами ТСР/ІР глобальної мережі Internet.
Другим важливим мережним елементом GPRS є шлюзовий вузол підтримки GPRS - GGSN (Gateway GPRS Support Node). Він забезпечує зв’язок системи GPRS з пакетними мережами передачі даних: Internet, Intranet, X.25 і ін. GGSN містить всю необхідну інформацію про мережі, куди абоненти GPRS можуть діставати доступ, а також параметри з’єднання.
Окрім згаданих елементів, в GPRS Core входять інші елементи: DNS (сервер доменних імен), Charging Gateway (шлюз для зв’язку з системою тарифікації), Border Gateway (прикордонний шлюз) і інші допоміжні елементи.
Обмін інформацією між SGSN і GGSN відбувається на основі IP протоколів. З SGSN пов’язаний сервер імен доменів DNS (Domain Name System), що забезпечує заміну символічних адрес пакетних мереж (Інтернет, Інтранет) на відповідні їм числові адреси.
Як вже згадувалося раніше, при створенні мережі GPRS ускладнюються функції BSC і BTS. BSC містить додатковий блок PCU (Packet Control Unit), а до складу BTS входить новий кодуючий пристрій CCU (Channel Codec Unit). При цьому BSC:
надає канали абонентам пакетної мережі відповідно до того, що вимагається QoS;
забезпечує фрагментацію і збірку кадрів для їх передачі по радіоканалах;
забезпечує контроль якості передачі по радіоканалах.
Контроллер пакетів PCU забезпечує розподіл поступаючих пакетів на BTS. PCU стикується з контроллером базових станцій BSC і відповідає за напрям трафіку даних безпосередньо від BSC до SGSN. HLR містить додаткові дані про абонентів, яким надають послуги GPRS (базисний PDP-контекст).
Таким чином, GPRS - технологія, що дозволяє працювати мережі GSM в режимі пакетної комутації PS (Packet Switching), яка визначає надбудову PS-мережі IP-адресацією і взаємодію з існуючими елементами мережі з комутацією каналів CS (Channel Switching).
У GPRS-систему закладена хороша масштабованість - при появі нових абонентів оператор може збільшувати число SGSN, а при зростанні сумарного трафіку - додавати в систему нові GGSN. Усередині опорної мережі GPRS (між SGSN і GGSN) дані прозоро передаються за допомогою спеціального так званого тунельного протоколу GTP (GPRS Tunneling Protocol). Протокол туннелювання GTP працює над стандартним IP-протоколом в прозорому режимі, тобто користувачі і прикладні задачі не
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
PAGE \* LOWER 188
Методи високошвидкісної передачі даних GSM і CDMA
«знають» про існування даного протоколу.У перспективі (при орієнтації системи на мобільний Інтернет) можливе додавання спеціального вузла
підтримки Інтернет - IGSN (Internet GPRS Support Node).
Технологія GPRS, що накладається поверх мережі GSM, дозволяє динамічно і індивідуально розподіляти радіоресурси GSM в міру необхідності. Якщо до соти GSM одночасно підключається відразу багато користувачів GPRS, і вона не здатна підтримувати такий об’єм трафіку, базова станція GPRS скористається радіоресурсами сусідніх сот GSM. Таким чином, користувачі GPRS обслуговуються багатьма сотими GSM одночасно, коли в цьому виникає необхідність.
За управління і контроль GPRS-системи відповідає OMC-R/G (Operation and Maintenance Center - Radio/GSN - центр управління і обслуговування радіо/вузла GPRS, на мал. не показаний), який є інтерфейсом між системою і обслуговуючим її персоналом.
Архітектура і інтерфейси GPRS
Стандартом ETSI передбачена еталонна архітектура мережі GPRS
Еталонна архітектура мережі GPRS
На рис. приведена типова структурна схема мережі GSM з підтримкою радіослужби GPRS. Основу такої мережі складають наступні компоненти:
BG (Border Gateway) - прикордонний шлюз;
CG (Charging Gateway) - шлюз зв’язку з системою тарифікації;
BSS (Base Station Subsystem) - підсистема базової станції;
BTS (Base Transceiver Station) - базова станція;
Змн.
Арк.
№ докум.
Підпис
Дата
Арк.
PAGE \* LOWER 19
Методи високошвидкісної передачі даних GSM і CDMA
TRAU (Transceiver and Rate Adaption Unit) - транскодер і адаптер узгодження швидкостей;
EIR (Equipment Identification Register) - регістр ідентифікації устаткування;
GMSC (Gateway MSC) - шлюзовий мобільний центр комутації;
HLR (Home Location Register) - домашній регістр положення;
IWMSC (Inter-working MSC) - MSC для забезпечення міжмережевого обміну;
MSC/VLR (Mobile Switching Center/Visitor Location Register) - мобільний центр комутації, територіально суміщений з візитним регістром положення;
SM-SC (Short Message Switching Center) - центр комутації коротких повідомлень;
ТІ (Terminal Equipment) - крайове устаткування;
МТ (Mobile Terminal) - мобільний термінал;
PCU (Packet Contr...
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора